本发明涉及电力系统故障定位领域，尤其涉及一种小电流接地系统单相接地故障定位方法、装置。
背景技术：
我国中、低压配电系统中性点大多采用非直接接地方式，称为中性点不接地系统或中性点非有效接地系统，后者中性点一般经消弧线圈或电阻接地，发生单相接地时，由于不能形成小阻抗电流回路，故又称为小电流接地系统。它包括中性点不接地系统(nus)、中性点经消弧线圈接地系统(nes)以及中性点经电阻接地系统(nrs)。
配电网中性点采用小电流接地方式可提高供电可靠性,所以被很多国家配电系统采用。但该类系统由于其拓扑结构、运行要求以及故障特征有别于大电流系统，其馈线的故障点定位一直是故障测距研究中的难题。
在现有技术中，单相接地故障的发现和定位存在以下问题：在一条馈线发生单相接地故障时，基波分量的幅值没有明显变化特征，难以用单一馈线所观测的稳态基频分量来准确识别故障线路和实现故障点定位；而且，由于馈线线路较短，对故障定位的精度要求较高，现有的故障定位方法难以实现精确定位。
技术实现要素：
为了克服现有技术的不足，本发明提出一种小电流接地系统单相接地故障定位方法、装置，能够利用故障零序电流信号数值小、信噪比低，而故障零序电压信号数值大、信噪比高的特性判断线路是否发生故障，并在线路故障时确定故障线路，且通过小波变换的方式处理反向行波，增强了抗干扰能力，提高了故障定位的准确性。
为解决上述问题，本发明采用的一个技术方案为：一种小电流接地系统单相接地故障定位方法，所述小电流接地系统单相接地故障定位方法包括：s101：获取每相线路的零序电压信号，根据所述零序电压信号判断线路是否发生故障，若是，则执行s102，若否，则继续执行s101；s102：根据所述零序电压信号确定所述线路发生故障的时间，并根据所述时间获取每相线路的零序电流信号最大值；s103：根据所述零序电流信号最大值的极性确定故障线路；s104：获取故障线路的反向行波，对所述反向行波进行小波变换以确定故障点的位置。
进一步地，所述根据所述零序电压信号判断线路是否发生故障的步骤具体包括：判断所述零序电压信号的模极大值是否大于预设阈值，若是，则确定所述线路发生故障，若否，则确定所述线路未发生故障。
进一步地，所述获取每相线路的零序电压信号的步骤具体包括：采集每相线路的零序电压信号，对所述零序电压信号进行小波变换获取所述零序电压信号的模极大值。
进一步地，所述根据所述零序电压信号确定所述线路发生故障的时间的步骤具体包括：获取所述模极大值对应的时间，将所述时间作为所述线路发生故障的时间。
进一步地，所述根据所述时间获取每相线路的零序电流信号最大值的步骤具体包括：对与所述时间对应的所述零序电流信号进行小波变换，获取所述零序电流信号的模极大值以及所述模极大值对应的零序电流信号的极性。
进一步地，所述根据所述零序电流信号最大值的极性确定故障线路的步骤具体包括：判断每条路线零序电流信号的极性是否相同，若相同，则确定母线为故障线路，若其中一条线路的极性与其他线路相反，则确定所述线路为故障线路。
进一步地，所述获取故障线路的反向行波的步骤具体包括：采集所述故障线路单端的电气数据，根据所述电气数据获取所述故障线路的反向行波。
进一步地，所述对所述反向行波进行小波变换以确定故障点的位置的步骤具体包括：对所述反向行波进行小波变换，根据小波变换的奇异点识别所述反向行波的波头，并根据所述波头到达反向行波采集点的时间确定故障点的位置。
进一步地，所述根据所述波头到达反向行波采集点的时间确定故障点的位置的步骤具体包括：根据公式(1)确定故障点的位置，
基于相同的发明构思，本发明还提出一种小电流接地系统单相接地故障定位装置，故障定位装置包括采集单元、处理单元，所述采集单元与所述处理单元通信连接；所述采集单元用于采集电气数据，并将采集的电气数据发送给处理单元，所述电气数据包括每相线路的零序电压信号、零序电流信号以及故障线路的反向行波；所述处理单元根据所述采集单元发送的电气数据执行如上所述的小电流接地系统单相接地故障定位方法。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：能够利用故障零序电流信号数值小、信噪比低，而故障零序电压信号数值大、信噪比高的特性判断线路是否发生故障，并在线路故障时确定故障线路，且通过小波变换的方式处理反向行波，增强了抗干扰能力，提高了故障定位的准确性。
附图说明
图1为本发明小电流接地系统单相接地故障定位方法一实施例的流程图；
图2为本发明小电流接地系统单相接地故障定位方法中故障定位一实施例的示意图；
图3为本发明小电流接地系统单相接地故障定位方法另一实施例的流程图；
图4为本发明小电流接地系统单相接地故障定位装置一实施例的结构图。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
请参阅图1-3，其中，图1为本发明小电流接地系统单相接地故障定位方法一实施例的流程图；图2本发明小电流接地系统单相接地故障定位方法中故障定位一实施例的示意图；图3为本发明小电流接地系统单相接地故障定位方法另一实施例的流程图。其中，图2中的m为母线，n为对端母线，m与n之间折线箭头所指的地方为故障点，反向行波采集点设置在母线上，t1m、t2m、t3m分别为反向行波第一次、第二次以及第三次到达反向行波采集点的时间。结合附图1-3对本发明小电流接地系统单相接地故障定位方法作详细说明。
在本实施例中，小电流接地系统单相接地故障定位方法包括：
s101：获取每相线路的零序电压信号，根据零序电压信号判断线路是否发生故障，若是，则执行s102，若否，则继续获取每相线路的零序电压信号。
在本实施例中，执行该小电流接地系统单相接地故障定位方法的设备为单片机、soc、后台以及其他能够对线路的电气数据进行处理的设备。
下面以执行该定位方法的设备为单片机对本发明的小电流接地系统单相接地故障定位方法作具体说明。
在本实施例中，采集零序电压信号的设备为零序电压信号互感器，零序电压信号互感器采集线路中每相线路的零序电压信号，并将该零序电压信号传输给单片机。
其中，零序电压信号互感器与单片机通过无线或有线的方式连接并通信。
在本实施例中，根据零序电压信号判断线路是否发生故障的步骤具体包括：判断零序电压信号的模极大值是否大于预设阈值，若是，则确定线路发生故障，若否，则确定线路未发生故障。
在本实施例中，预设阈值存储在单片机中，具体大小可根据单相接地故障的实际情况设置，在此不做赘述。
若函数(信号)f(t)在某个局部点t0处间断或导数间断，则通常称该函数在t0处有奇异性。单相接地时，故障电压和电流的暂态过程持续时间短并含有丰富的特征量，而稳态时数值较小，因此在接地故障检测中选用一种合适分析其暂态分量的新理论，提取暂态特征分量。
小波分析可对信号进行精确分析，特别是对暂态突变信号和微弱信号的变换较为敏感，能可靠地提取故障特征。根据小波变换的模极大值理论可知，出现故障和噪声会导致信号奇异，而小波变换的模极大值点对应着采样信号的奇异点，由于噪声的模极大值随着尺度的增加而衰减,所以经过适当的尺度分解后，即可忽视噪声影响得到较理想的暂态短路信号。
在本实施例中，获取每相线路的零序电压信号的步骤具体包括：采集每相线路的零序电压信号，对零序电压信号进行小波变换获取零序电压信号的模极大值。利用线路故障时零序电压信号数值很大、信噪比高的特性，将零序电压信号作为判断线路是否故障的标准提高了故障发现的灵敏性。
在本实施例中，单片机可以实时获取零序电压信号，根据零序电压信号判断线路是否发生故障，也可以按照预设的周期获取零序电压信号，相应的，为了节省电量，采集零序电压信号的设备根据单片机获取零序电压信号的周期启动和关闭，并在启动时向单片机发送采集的零序电压信号信息。
s102：根据零序电压信号确定线路发生故障的时间，并根据时间获取每相线路的零序电流信号最大值。
线路故障瞬间将产生一个零序突变量或奇异量，所有非故障线路零序电流突变的极性相同，故障线路零序电流突变的极性与非故障线路零序电流突变极性相反，且故障线路零序电流突变幅值等于非故障线路零序电流突变幅值之和。利用小波奇异性检测理论对采集到的故障信号进行小波变换，确定模极大值点，并比较各条线路零序电流模极大值的大小和极性，可以判别出故障线路。
在本实施例中，确定线路发生故障后，获取模极大值大于预设阈值的零序电压信号对应的时间，将该时间作为线路发生故障的时间。通过采集零序电流信号的设备与该时间对应的零序电流信号，对该零序电流信号进行小波变换，获取零序电流信号的模极大值以及此时模极大值对应的零序电流信号的极性。
在本实施例中，采集零序电流信号的设备为电流互感器，电流互感器与单片机无线连接，单片机接收并存储电流互感器发送的零序电流信号，在线路发生故障时从存储的零序电流信号中获取与故障时间对应的零序电流信号。
在其他实施例中，零序电流信号也可以存储在电流互感器中，单片机在确认发生故障时从电流互感器中获取故障时间对应的零序电流信号。
在上述实施例中，也可以由零序电压互感器和电流互感器分别对采集的零序电压信号、零序电流信号进行小波变换，单片机接收小波变换处理后的零序电压信号和零序电流信号，并根据该信号判断故障是否发生和确定故障线路。
s103：根据零序电流信号最大值的极性确定故障线路。
由于线路故障发生时，零序电流数值小，信噪比低，而零序电压数值很大，信噪比高。识别故障线路时选择电压信号为启动选线信号，根据电压信号小波变换模极大值确定故障时刻，然后再根据各出线零序电流小波变换模极值数值较大点逐点比较极性，即可判断故障，极性相反者为故障线路，若极性都相同，则为母线故障。
在本实施例中，根据时间获取每相线路的零序电流信号最大值的步骤具体包括：对与时间对应的零序电流信号进行小波变换，获取零序电流信号的模极大值以及模极大值对应的零序电流信号的极性。
在本实施例中，根据零序电流信号最大值的极性确定故障线路的步骤具体包括：判断每条路线零序电流信号的极性是否相同，若相同，则确定母线为故障线路，若其中一条线路的极性与其他线路相反，则确定该线路为故障线路。
在其他实施例中，也可以根据零序电流的模极大值与线路在未故障时的零序电流幅值之差确定零序电流的突变幅值，并将突变幅值最大的零序电流所在线路确定为故障线路。
s104：获取故障线路的反向行波，对反向行波进行小波变换以确定故障点的位置。
在实际中应用较多的是行波故障测距，而其应用领域主要是高压输电线路，所以，本发明将行波故障测距原理在小电流接地系统中进行初步尝试，采集线路的单端电气数据，利用小波变换对奇异性检测的强大功能，检测行波波头的到达时刻，实现了故障测距，为小电流接地系统故障测距开辟了新的途径，为配电网自动化水平的提高迈出了重要的一步。
波的反射和折射是线路行波的重要特征，在电力系统中，均匀线路只在一定条件下存在。当行波沿导线运动时，若线路的参数或波阻抗在某一接点处突然改变，在该点处就会产生波的折射和反射。输电线路故障后，故障点将产生沿线路运动的电压和电流行波，由于波阻抗不连续，行波在故障点、故障线路母线以及故障线路相连的其它线路末端母线发生折、反射，行波的故障特征正是有行波分量之间的折反射关系所确定。
根据电磁场理论，单根无损耗线路上的电压和电流是位置和时间的函数，它们满足波动方程：
对该波动方程进行求解得到方程(2)：
根据上述公式可解得：
正向行波：
反向行波：
正向行波是只反映来自母线方向的方向行波。反向行波只反映来自故障线路方向的方向行波，它携带着重要的故障距离和位置的信息，对于反向行波，在初始行波之后所出现的行波分量不是来自故障点的反射波就是来自于对端母线的反射波，而且来自故障点的反射波与初始行波同极性，来自与对端母线的反射波与初始行波反极性。据此，就可以区分反射波和折射波，从而实现根据反向行波测距的目的。
在本实施例中，获取故障线路的反向行波的步骤具体包括：通过设置在反向行波采集点的设备采集故障线路单端的电气数据，根据电气数据获取故障线路的反向行波。其中，该电气数据可以为故障线路中的电压波或电流波，通过该电压波或电流波获取反向行波。
在本实施例中，对反向行波进行小波变换以确定故障点的位置的步骤具体包括：对反向行波进行小波变换，根据小波变换的奇异点识别反向行波的波头，并根据波头到达反向行波采集点的时间确定故障点的位置。
在一个具体的实施例中，根据所述波头到达反向行波采集点的时间确定故障点的位置的步骤具体包括：根据公式(1)确定故障点到反向行波采集点的距离，进而确定故障点的位置，
在其他实施例中，也可以根据反向行波相邻两次到达反向行波采集点的时间确定故障点到反向行波采集点的距离。
有益效果：本发明的小电流接地系统单相接地故障定位方法能够利用故障零序电流信号数值小、信噪比低，而故障零序电压信号数值大、信噪比高的特性判断线路是否发生故障，并在线路故障时确定故障线路，且通过小波变换的方式处理反向行波，增强了抗干扰能力，提高了故障定位的准确性。
基于相同的发明构思，本发明还提出一种小电流接地系统单相接地故障定位装置，请参阅图4，图4为本发明小电流接地系统单相接地故障定位装置一实施例的结构图，结合图4对本发明的小电流接地系统单相接地故障定位装置作具体说明。
在本实施例中，故障定位装置包括采集单元、处理单元，采集单元与处理器单元通信连接；采集单元用于采集电气数据，并将采集的电气数据发送给处理单元，电气数据包括每相线路的零序电压信号、零序电流信号以及故障线路的反向行波；处理单元根据采集单元发送的电气数据执行如上述实施例所述的小电流接地系统单相接地故障定位方法。
在本实施例中，采集单元包括零序电压互感器、电流互感器以及用于采集反向行波的设备，采取单元通过零序电压互感器、电流互感器以及用于采集反向行波的设备分别采集线路的零序电压信号、零序电流信号以及故障线路的反向行波，并将其发送给处理单元以使处理单元获取故障线路和实现故障定位。
有益效果：本发明的小电流接地系统单相接地故障定位装置能够利用故障零序电流信号数值小、信噪比低，而故障零序电压信号数值大、信噪比高的特性判断线路是否发生故障，并在线路故障时确定故障线路，且通过小波变换的方式处理反向行波，增强了抗干扰能力，提高了故障定位的准确性。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备、模块和电路，可以通过其他的方式实现。例如，以上所描述的装置实施方式仅仅是示意性的，例如，所述模块的结构器件划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个或模块可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其他的形式。
所述作为分离部件说明的可以是或者也可以不是物理上分开的，作为显示的部件可以是或者也可以不是物理，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个位置。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部来实现本实施方式方案的目的。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
1.一种小电流接地系统单相接地故障定位方法，其特征在于，所述定位方法包括；
s101：获取每相线路的零序电压信号，根据所述零序电压信号判断线路是否发生故障，若是，则执行s102，若否，则继续执行s101；
s102：根据所述零序电压信号确定所述线路发生故障的时间，并根据所述时间获取每相线路的零序电流信号最大值；
s103：根据所述零序电流信号最大值的极性确定故障线路；
s104：获取故障线路的反向行波，对所述反向行波进行小波变换以确定故障点的位置。
2.如权利要求1所述的小电流接地系统单相接地故障定位方法，其特征在于，所述根据所述零序电压信号判断线路是否发生故障的步骤具体包括：
判断所述零序电压信号的模极大值是否大于预设阈值，若是，则确定所述线路发生故障，若否，则确定所述线路未发生故障。
3.如权利要求2所述的小电流接地系统单相接地故障定位方法，其特征在于，所述获取每相线路的零序电压信号的步骤具体包括：
采集每相线路的零序电压信号，对所述零序电压信号进行小波变换获取所述零序电压信号的模极大值。
4.如权利要求2所述的小电流接地系统单相接地故障定位方法，其特征在于，所述根据所述零序电压信号确定所述线路发生故障的时间的步骤具体包括：
获取所述模极大值对应的时间，将所述时间作为所述线路发生故障的时间。
5.如权利要求1所述小电流接地系统单相接地故障定位方法，其特征在于，所述根据所述时间获取每相线路的零序电流信号最大值的步骤具体包括：
对与所述时间对应的所述零序电流信号进行小波变换，获取所述零序电流信号的模极大值以及所述模极大值对应的零序电流信号的极性。
6.如权利要求5所述的小电流接地系统单相接地故障定位方法，其特征在于，所述根据所述零序电流信号最大值的极性确定故障线路的步骤具体包括：
判断每条路线零序电流信号的极性是否相同，若相同，则确定母线为故障线路，若其中一条线路的极性与其他线路相反，则确定所述线路为故障线路。
7.如权利要求1所述的小电流接地系统单相接地故障定位方法，其特征在于，所述获取故障线路的反向行波的步骤具体包括：
采集所述故障线路单端的电气数据，根据所述电气数据获取所述故障线路的反向行波。
8.如权利要求1所述的小电流接地系统单相接地故障定位方法，其特征在于，所述对所述反向行波进行小波变换以确定故障点的位置的步骤具体包括：
对所述反向行波进行小波变换，根据小波变换的奇异点识别所述反向行波的波头，并根据所述波头到达反向行波采集点的时间确定故障点的位置。
9.如权利要求8所述的小电流接地系统单相接地故障定位方法，其特征在于，所述根据所述波头到达反向行波采集点的时间确定故障点的位置的步骤具体包括：
根据公式(1)确定故障点的位置，
10.一种小电流接地系统单相接地故障定位装置，其特征在于，所述故障定位装置包括采集单元、处理单元，所述采集单元与所述处理单元通信连接；
所述采集单元用于采集电气数据，并将采集的电气数据发送给处理单元，所述电气数据包括每相线路的零序电压信号、零序电流信号以及故障线路的反向行波；
所述处理单元根据所述采集单元发送的电气数据执行如权利要求1-9任一项所述的小电流接地系统单相接地故障定位方法。
技术总结